建筑幕墙结构设计与优化探究

王 岩

（江苏炯源装饰幕墙工程有限公司，江苏 南京 210000）

为了提升城市的美观程度，确保建筑的不同特色，幕墙的应用和发展有着重要的作用。根据建筑幕墙在结构、材料以及支撑力等方面的不同，它有着相应的设计方式，作为一个完整的结构体系，建筑幕墙与建筑主体之间具有一定的独立性，它本身并不承担相应的荷载，是由面板以及支撑结构组合而成，具有一定的位移能力。在设计的过程中需要考虑到建筑幕墙的性能，使其具有一定的抗震性、保温性以及气密性，从而延长它的使用寿命，确保在使用中的稳定性，有关人员可以就此进行具体地研究，围绕幕墙结构设计展开探讨。

1 建筑幕墙结构设计的要点

1.1 构件式幕墙的结构设计

构件式幕墙是建筑幕墙的重要组成部分，它可以分为隐框、明框等不同的类型，需要在工厂中进行构件的设计和加工，将其运输到现场后进行组装。构件式幕墙在设计中需要考虑到整体性，将其与主体结构有效地结合到一起，注意工序之间的有效交接，从而确保构件式幕墙结构在应用中的稳定性。首先，工作人员需要对幕墙的构件尺寸进行设计，对涉及到的技术参数以及相关信息进行获取，明确建筑工程的高度、横截面积等不同的信息，根据相关的质量文件以及规范标准，对幕墙的结构形式进行选择，包括明框式、半隐框等，从而确定构件的数量、规格型号等，对其进行合理的编号，在结构设计中还需要考虑到后续的可安装性和可维护性，尽量确保幕墙的拆卸结构，按照施工操作进行合理地设置。另外，在构件式幕墙的结构设计中，需要将幕墙与主体通过浮动连接、主杆等方式结合到一起，做好各个阶段的受力分析，明确在建筑安装中所受到的作用力，是否满足建筑幕墙结构的布置条件，对杆件、预埋件的位置进行划分，在埋件的设计工作中需要确保锚筋、螺纹钢等零部件严格按照规范标准的尺寸进行设计，并且根据实际需求对连接件进行选择。

1.2 单元式幕墙的结构设计

单元式幕墙具有工业化的建筑特点，它是对框架以及面板等部件的体系设计，在高层建筑中有着广泛的应用。单元式幕墙的结构设计具有一定的简便性，而且可以将玻璃、铝板等材料组装到同一个单元件中，提高它的施工效率，在设计工作中需要从以下几个方面进行规划。首先，单元式幕墙主要分为不同的单元体系，有着一定的结构特点，在设计过程中需要考虑到它的主要形式，从截面、受力等方面进行考虑，尽可能地减少过程中的复杂程度，将性能与结构有效地结合到一起，确保幕墙在缝隙连接上的有效性。其次，在单元幕墙的结构设计工作中，有关人员需要从它的组合板块、支座安装以及防水等方面进行综合设计，根据单元幕墙的安装方式采取不同的方案设计，对现场的实际情况进行调研，做好实地勘测工作，提高数据和信息的有效性。另外，在单元式幕墙的设计工作中，有关人员还需要做好细节方面的规划，从可操作的角度对不同的流程进行管理，例如将引脚设计安装到横梁上，通过额外的荷载传递到幕墙的垂直角度上，保证结构体系的整体性。

1.3 全玻璃幕墙的结构设计

全玻璃幕墙是由玻璃肋和玻璃面板组合而成的结构体系，它在应用中可以确保幕墙的美观性和一体性，在一些办公大楼中有着广泛的应用，可以将其分成不同的格子，提高它的采光性，并且减少建筑幕墙竖向、横向之间的缝隙，提高它的整体观赏效果。首先，在全玻璃幕墙的结构设计中，工作人员需要对玻璃面板进行设计，明确它的玻璃类型，从建筑的抗震等级、环境等不同的因素上进行分析，对玻璃的表面结构、强度以及腐蚀性等性能进行设计，确保玻璃面板的有效应用，同时按照它的应力曲线等进行计算，对玻璃面板的制作流程进行设计，从它的力学、密封性以及材料特点等方面进行综合考虑。另外，在全玻璃幕墙的设计工作中，有关人员还需要对它的支撑体系进行设计，包括材料、工作原理、密封情况等，可以采用钢材、铝合金等材料提高荷载强度，同时通过效应组合的方式进行计算，保证全玻璃幕墙结构体系在应用中的安全性和稳定性。

2 建筑幕墙结构设计中存在的问题

2.1 设计原则的问题

通过对当前建筑幕墙结构设计过程的观察和分析来看，当前存在的主要问题就是设计原则存在一定的漏洞，没有做好前期的准备以及策划工作，没有将幕墙结构与连接件、抗震等内容结合到一起，设计人员没有遵循具体标准，使得幕墙的结构设计在悬挂以及安装等工作中存在相应的漏洞。造成这种现象的主要原因是由于设计人员忽略了设计与现场、施工之间的有效协调，缺乏对于建筑工程资料和概况的审核工作，导致幕墙的结构设计具有一定的片面性，没有真正的与地震、风力荷载以及温差等外界因素结合到一起，不利于建筑幕墙结构在应用中的稳定性。

2.2 设计计算的问题

在建筑幕墙的结构设计中，它包含不同的数据和公式，需要根据幕墙的荷载以及组合方式对预应力、强度设计等结合到一起，但是就现阶段来说，建筑幕墙在结构设计中需要经历不同的阶段和流程，而且设计过程具有一定的复杂性，涉及到的内容较多，常常出现计算方面的问题，包括连接强度计算、荷载计算等。造成计算问题的主要原因包括以下几个方面。首先，工作人员对于建筑幕墙结构设计的理解意图存在一定的偏差，没有对过程中的数据和信息进行具体的分类，导致计算的数值并不准确，没有实现对于相关作用力的有效整合。另一方面来说，设计人员也存在一定的问题，能力水平较低，对于大规模的计算工作存在不同的漏洞，不能确保计算数据的准确性，可能会存在漏项、重复计算等问题。同时，有关部门并没有加强对于计算过程以及数据结果的审核工作，这就导致在实际的施工作业中可能会出现质量问题和安全事故。

2.3 设计方法的问题

在时代的发展下，建筑幕墙的结构设计更加复杂，需要将不同的理论知识结合到一起，并且明确互相之间的逻辑关系，根据建筑幕墙的标准规范以及等级需要采取设计管理。但是在幕墙的结构设计中，设计方案存在一定的滞后性，没有将其与信息技术有效结合到一起，没有推动设计过程的现代化发展，这对于幕墙结构设计的有效性有着一定的限制，有关人员需要做好这方面的分析工作，找到优化的合理方式。

3 建筑幕墙结构设计的优化思路

3.1 功能性优化

在建筑幕墙结构设计的优化过程中，有关人员需要强调功能性在其中的重要性，明确建筑幕墙的初衷，在设计优化中需要从基本性能入手，对设计中的工艺技术、材料以及连接件等进行全面地分析，对结构设计功能的影响因素进行了解和明确，从而采取针对性的优化措施，做好建筑幕墙结构的试验工作，考虑到建筑等方面的限制，充分发挥建筑幕墙的结构功能。

3.2 安全性优化

安全是建筑幕墙结构设计的重要内容，它与后续的施工以及幕墙使用有着密切的关系，如果由于结构设计中的漏洞导致安全事故的发生，可能会造成较为严重的后果。在建筑幕墙结构设计安全性的优化过程中，有关人员需要明确它的作用力以及荷载强度，是否会随着温度、自然环境等进行相应的变化，在结构设计中将相关内容进行优化，从而实现对于风险问题的有效规避，保证建筑幕墙在使用中可以达到平衡的目的。

3.3 经济性优化

在建筑幕墙结构设计的优化过程中，有关人员还应该将节能以及经济等理念应用到其中，包括在材料选择以及结构的选型上，应该尽量考虑到幕墙的造价成本，保证性能的同时，降低成本。避免实际设计时，造成大量不合理的设计形成资源浪费，结构设计尽可能按照简洁的方式进行设计，保证幕墙安全可靠的同时，对成本进行有效地把控。

4 建筑幕墙结构设计优化的具体措施

4.1 结构材料的优化

材料是结构设计中的关键内容，材料的力学、强度等性能与建筑幕墙的使用寿命以及稳定性有着密切的关系，有关人员需要加强结构材料方面的优化工作，从支撑体系，幕墙面板两方面进行规划。首先，在支撑体系的材料中，主要以钢材为主，工作人员需要在结构设计之前对钢材的基本物理性能进行选择，对它的密度、膨胀系数等技术参数的变化范畴进行设定，确保它在应用中的强度设计值、标准值以及极限值，而且钢材在结构支撑体系的设计中还包括焊缝上的优化工作，对厚度、焊条型号等进行明确的规定，考虑到螺栓连接不同等级下所呈现的抗剪、抗拉等能力值，严格按照规范要求进行操作。另外，在幕墙面板材料的优化设计中，主要以玻璃为主，工作人员需要对钢化玻璃、镀膜玻璃以及夹层玻璃等类型进行全面地了解，根据它们的自重、张力以及性能等进行有效的选择，同时对玻璃的力学性能进行检测，由专业技术人员明确设计值强度范畴，从而确保在建筑幕墙结构设计中的合理应用。

4.2 结构计算设计的优化

计算是建筑幕墙结构设计的重要组成部分，需要将相关的数据和信息代入到相应的模型以及公式中，从而对设计方案中的技术参数进行设计，确保具体尺寸与施工过程结合到一起。首先，就建筑幕墙的面板计算来说，根据框式幕墙、全玻璃幕墙等类型的不同有着相应的计算方法，工作人员需要做好前期的准备工作，实现对于资料的收集，采取解析以及有限元的计算方法，简化原有的复杂流程，考虑到荷载作用下面板的变形情况，需要从线形、非线性等不同的角度进行考虑，确保它的平衡性，从而对面板的应力等进行计算，将涉及到的系数应用到其中。另外，还需要对建筑幕墙的支撑体系进行计算，根据建筑工程的实际概况，对水平方面以及竖直方向的荷载进行计算，将作用效应分项系数应用到其中，对组合设计值进行计算，必要时可以建立相应的模型，确保计算过程中逻辑关系的有效性。

4.3 结构设计方法的优化

在传统的建筑幕墙结构设计中，它的优化内容需要通过工作人员在遵循一定原则和规范的基础上进行操作，需要经过不同流程以及计算过程，耗费大量的时间，而且设计结果并不精确，存在不同的漏洞和隐患，在时代的发展下，为了确保结构设计的有效性，有关人员需要加强在方法上的优化工作，将信息技术应用到其中，从不同的角度上提高设计效率和质量。首先，有关人员可以将BIM技术应用到结构设计中，BIM技术具有三维可视化的特点，还可以与计算机的不同功能软件结合到一起，为设计工作提供相应的平台，实现信息的交流和共享，根据建筑工程现场的实际情况对结构设计进行优化。另外，还可以将智能技术应用到其中，包括机器学习、神经网络等，从而对数据和计算过程进行有效的控制，可以在短时间内完成不同数据的计算，确保精确性。

4.4 设计人员的优化

在建筑幕墙结构的设计优化中，有关部门需要强化设计人员的综合素质和能力水平，明确他们的专业技能以及实践经验，在设计工作开始之前需要经过系统的培训工作，强化设计人员的整体性，通过相关的考核测试后才可以进入到建筑幕墙的设计中，保证各项工作的有序性，及时就问题进行处理。

5 结语

综上所述，在建筑幕墙的结构设计中，有着单元式幕墙、构件式幕墙以及全玻璃幕墙等不同的结构体系，有关人员需要就幕墙的设计要点进行具体地研究，并且就设计中存在的问题进行了解，包括计算等方面，从而找到结构设计优化的主要思路，从功能性、安全性以及经济性入手，加强材料、设计方法以及计算等方面的优化工作，确保建筑幕墙可以有效地应用到其中，延长幕墙的使用寿命。